中國儲能網(wǎng)訊：9月7—9日，由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司、國家能源局能源節(jié)約和科技裝備司、浙江省能源局聯(lián)合指導，中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會聯(lián)合232余家機構(gòu)共同支持的第十二屆中國國際儲能大會在杭州洲際酒店召開。本次大會由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會、中國科學院電工研究所儲能技術(shù)組和中國儲能網(wǎng)聯(lián)合承辦。
大會以"共創(chuàng)儲能新價值，共建市場新格局"為主題，聚焦新型儲能安全持續(xù)發(fā)展，針對儲能產(chǎn)業(yè)面臨的機遇與挑戰(zhàn)等重點、熱點、難點問題展開充分探討，分享可持續(xù)政策機制、資本市場、新型儲能系統(tǒng)集成技術(shù)、供應鏈體系、商業(yè)模式、標準、示范項目應用案例、新產(chǎn)品以及解決方案的普及和深化應用。
來自行業(yè)主管機構(gòu)、國內(nèi)外駐華機構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構(gòu)等不同領域的913家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，3317位嘉賓參加了本屆大會，其中154家企業(yè)展示了儲能產(chǎn)品，可謂盛裝出席，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測認證等新型儲能全產(chǎn)業(yè)鏈。
大會組委會邀請上海電力大學教授趙晉斌做《支撐新型電力系統(tǒng)建設的氫儲能關鍵技術(shù)路線及思考》主題報告。以下為發(fā)言主要內(nèi)容：
趙晉斌：今天我匯報的題目是《支撐新型電力系統(tǒng)建設的氫儲能關鍵技術(shù)路線及思考》，這是我們?nèi)甑难芯砍晒o大家做一個匯報。
今天匯報的提綱有四個方向，第一是新型電力系統(tǒng)關鍵技術(shù)，第二是氫儲能在中長期的運行特點，第三是“源網(wǎng)荷氫”的優(yōu)化調(diào)度模型，第四是“雙碳”目標下氫儲能系統(tǒng)碳排放的潛力評估。
新型電力系統(tǒng)大家都接觸比較多，最主要是以新能源的大量利用。在利用的情況下，我們要做到網(wǎng)源荷儲的互相協(xié)調(diào)，這是我們的目標。最終是清潔、低碳、安全、可控，這是我們最終的目標。
左邊有一張圖是以前傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)和新型電力系統(tǒng)的對比，從發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)，以及技術(shù)基礎形態(tài)，都做了對比。剛才劉總他們說了，有虛擬同步機，是跟以前的火力發(fā)電完全不一樣的。因此我們現(xiàn)在主要是說電力電子的大量應用，在電力系統(tǒng)中得到了大量的應用，也帶來許多新的問題。
新能源是不穩(wěn)定的，包括負荷也很難預測，在這種情況下，我們認為儲能是目前比較好的一個和手段。
我們也知道新型電力系統(tǒng)的需求，大規(guī)模高比例新能源的接入，這個大家也看得比較多，不光集中式的，還有分布式的，新能源的大量的接入。第二個電網(wǎng)形態(tài)和運行模式也發(fā)生了很大的改變，我們要增強電源的協(xié)調(diào)運行能力，這就帶來新型儲能技術(shù)大型的利用，最終的目的是提升整個負荷的彈性，這是我們的需求。
我們的目標是什么？目標是要積極發(fā)展新能源+多元儲能，就是我們說的多類型儲能，磷酸鐵鋰這種電化學儲能方式比較多，當然還有壓縮空氣等等，氫能在目前也得到了大家的關注。主要是實現(xiàn)多能互補，系統(tǒng)如何來進行配置。
這是我們做的對比，要解決能源與負荷間的非匹配性和雙側(cè)隨機性，就帶來一個大問題，大規(guī)模、長周期、跨季節(jié)，今年大家的印象可能更深，以前四川的電，那邊不可能說差電的，但是今年因為一些季節(jié)上的因素，造成了發(fā)電側(cè)大量缺失。這種情況下，我們能不能考慮大規(guī)?；睦闷渌绞剑眉竟?jié)的互補，來做儲能的協(xié)調(diào)。
我們這里做了一個對比，分鐘級、分鐘和小時級，還有小時級以上，這是從時間尺度來做的，短時間尺度、中時間尺度和長時間尺度的對比。現(xiàn)在用得比較多的，大家關注比較多的超級電容、飛輪等等，首先能夠響應負荷的變化，這是超短時間的儲能方式。
現(xiàn)在我們能不能關注一些在小時級以上甚至是跨越的儲能方式呢？抽水蓄能大家知道用得比較多，還有壓縮空氣，但是它會存在問題，是受很多條件約束的，并不是我想裝、想用就能夠用起來的。還有熔融鹽等等，這樣一推出來，氫可能是里面一個比較有效的方式，因為它不受地理環(huán)境的影響。
右邊還有一張圖，儲能對比，根據(jù)時間和容量來做的對比，在這里面，氫儲能的優(yōu)勢就能夠體現(xiàn)出來了，因為它的容量更大，時間跨度更長。
因為氫如果跟電化學儲能可以配合起來，就可以滿足多時間尺度上的需求。
還有一個問題，氫要能用起來，不光跟電結(jié)合比較好，跟氣也可以結(jié)合得比較好，電和氣能夠作為一個紐帶，把它非常好地結(jié)合起來，有一個熱的問題。這里面就帶來氫能有望成為一個新的能源載體。
它還有其他用處，氫可以做車里有氧的驅(qū)動，而且不受網(wǎng)絡的限制。它還可以做一些化學原料，當我冬天的時候風能比較大，能不能把這塊能量利用起來，用來制作氫氣。當缺乏能量的時候把這塊利用起來，這是一個思考。
那我們怎么來做這個事情？氫作為一種化學儲能，可以長時間存儲，它可以存儲在百GW以上的，這是它的特點。
大家說微電網(wǎng)，就是我們說的電制氫，用電解槽電制氫、氫換電，就是左邊交直流網(wǎng)的混用，混用我們也知道可以通過支流對電解槽做驅(qū)動。這里面可以做成氫，氫再通過燃料電池反過來給電做應用，這里面的效率可能沒有化學儲能的效率高，但是大家可以考慮一個問題，如果完全是棄風棄光的電，那這個成本是比較低的。
我們做了效率的對比，電解槽的效率是80-90%，但是燃料電池相對來說成本比較高，效率也比較低一點，目前是50-60%的效率。所以說氫電耦合的轉(zhuǎn)化，整個效率可能只有40-50%，這是目前的情況。隨著發(fā)展，隨著技術(shù)的成熟，可能它的效率會逐步提升，成本會得到下降。
還有一個是跟熱電之間的聯(lián)供，是可以比較好地利用起來。如果這樣，成本可以從40-50%提升到60-80%的程度。它還可以解決棄風棄光的問題，還可以對利用風光速率，對電網(wǎng)沖擊做緩和。
解決方案，我們利用新能源出力富余對電能進行制氫，當電力不足球時候再反饋回來到電網(wǎng)，把氫換成電，而且整個過程是沒有污染的。
氫里面包含什么東西？從制氫、儲氫和燃料電池，從源頭到應用這三個方面。我們目前電制氫用得比較多，我們大量在用的是電解槽，這個成本比較低，技術(shù)也比較成熟。另外一個是質(zhì)子膜，質(zhì)子膜相對來說成本比較高一點，但是效率也更高一些。還有固態(tài)氧化物的電解槽，因為是有這個需求，大家也在尋找不同的新的技術(shù)。這里面就帶來一個問題，可能它的效率會更高，但是它的技術(shù)相對來說因為時間短，還不是太完善。所以目前來說主要集中在電解槽這里面用來制氫。
氫換電的過程，是電解水的逆過程，氫轉(zhuǎn)電，是把能量給放出來，電制氫是把能量消耗掉。在這里面，燃料電池起著主要的作用。2008年我在日本做過800W的燃料電池，那時候因為成本特別高，而且電壓非常低，就把它用來做升壓以后再制氫，那時候沒有得到很大的利用，因為成本的原因沒有大量推廣。那時候是做了氫里面PCS的應用的。
燃料電池大家也聽得比較多，可能不是用在電力里面，用在交通里面比較多，包括通過氫來做燃料電池汽車，還有燃料電池大巴，還有集卡，現(xiàn)在這個方面用得比較多一些。
氫儲能系統(tǒng)中長期運行的特性，最好的是可以作為一個周、月、跨季節(jié)時間尺度，這是它的優(yōu)點。另外是它的制損耗率，跟電化學儲能來講，因為電化學儲能損耗比較高，充電幾千次以后可能儲能就沒了，這是它的成本。氫當然也有，在制氫和儲氫的時候也有損耗，但是相對來說比較低，所以它可以便于我們做其他能源形式的轉(zhuǎn)換。
還有儲氫的問題，儲氫最好是液態(tài)氫，氣態(tài)氫是最好的，在我們用儲氫罐就可以了，還可以用低溫的液態(tài)和固態(tài)，也是根據(jù)應用的場景做選擇。
我們有能源多方面的利用，左上角的圖可以看出來，有執(zhí)氫系統(tǒng)，最后可以做氫換電的轉(zhuǎn)換，還可以做氣負荷，還可以做氫換甲烷的情況，因為是清潔能源，沒有大的污染。
還有一個比較好的是可以做能源跨季節(jié)的利用，這是我們一直在做長時間尺度的利用。這里面有一年的表格，這里面可以看到，3-5月份主要是做制氫的過程，到了冬天和夏天，制冷和制熱的需求，可以把儲存的氫利用起來，這個時候就可以利用季節(jié)的差異來做能源上的互補。
這是我們做的應用場景分析，其中用了光伏PV和氣電混合的P2G的過程，這里面有一個運行策略，是電和氣的混合。我們做的運行策略分布式光伏大家現(xiàn)在做得比較多，給供電負荷提供電能，有富余能量全部上網(wǎng)，可能會造成電能質(zhì)量的變化，我們電壓會越來越高。
這個時候可以把富余的電量返送到配電網(wǎng)做氫氣，氫氣可以避免棄光，還可以做電能質(zhì)量的改善。這個時候電制氫，當能量不夠的時候，可以把氫清換電，通過燃料電池形成循環(huán)閉環(huán)。還可以做成甲烷送到氣網(wǎng)里面去，這是我們做的運行策略的考慮。
我們還做了電熱氣聯(lián)供的融合，我們考慮到春秋季和夏冬季的特點，做了電和熱的切換，而且還可以看出來有電能利用和熱能利用的情況，最主要的目的是把電和氫進行自由的協(xié)調(diào)。
這是我們做的對比，在電制氫的時候要考慮的問題，就是價格問題。目前去電網(wǎng)買電，買系統(tǒng)的電，還有陸上風電和海上風電的成本大概是這樣，因為我們一定要考慮成本，電可能便宜，但是質(zhì)子膜和電解槽的成本是需要的，這個情況下要考慮到綜合的成本。經(jīng)濟性主要依賴于度電成本和設備的成本，因此在這種情況下可能要做綜合的選擇，你要從基礎的商業(yè)模式上去考慮這個問題。
我當時再這個PPT的時候，正好結(jié)合四川的問題，今年8月份應對高溫的情況，我們有電源端、負荷側(cè)，中間還加了氣象因素和電力系統(tǒng)。我們當時考慮氣象因素會導致什么？氣象因素會導致電源端沒有端，四川主要是水電，比較缺乏，會影響我電源端發(fā)電。
另外一個是負荷側(cè)，因為夏季高溫，可能用電負荷非常大，電源側(cè)越來越少，負荷側(cè)越來越多，這樣兩頭一擠壓，會對電力系統(tǒng)形成非常大的壓力，這樣就會對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成比較大的影響。
在這個時候我們怎么辦？我們當時考慮初期新型電力系統(tǒng)“保供”措施，正常情況下大家也知道優(yōu)先用新能源，這個沒有任何問題。在極端條件下我們是用煤炭或者是燃氣來進行補充，增加火力發(fā)電用來做調(diào)峰用的，現(xiàn)在我就把它作為主力發(fā)電的電源了。這里面我們做了負荷分類，化石能源保供、氫氣等可再生能源和化石能源協(xié)同保供，還有柔性負荷的要求源網(wǎng)荷儲的協(xié)調(diào)。
后面能不能考慮把氫能利用起來？利用氫能做長周期、季節(jié)性的調(diào)控。我們不是說完全占主力，但起碼可以做一個調(diào)節(jié)。因為氫能可以利用一年的時間，可以跨周期，當然還可以跨年，只要有足夠的存儲空間就可以了。
氫能還可以實現(xiàn)遠距離的跨送，可以跟油氣結(jié)合起來。還有一個是利用P2G的彈性負荷，實現(xiàn)電網(wǎng)跟氣網(wǎng)的融合。這是我們現(xiàn)在考慮的思路。
最后一部分，“源-網(wǎng)-荷-氫”優(yōu)化調(diào)度模型。
傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)是發(fā)、輸、變、配、用，單向的，以前有調(diào)度調(diào)控，相對比較簡單一些。現(xiàn)在因為網(wǎng)源荷儲一體化循環(huán)是個閉環(huán)，就會帶來一個問題，每個方面都要有一個互動。我們做了圖，從源、網(wǎng)、荷、儲四個方向做了圖，互相之間都有互動的情況，就會帶來比較復雜的情況。但是它去調(diào)節(jié)的目的是不一樣的，源側(cè)、網(wǎng)側(cè)、負荷側(cè)和儲能側(cè)的目標都不一樣，但是綜合考慮起來儲可以在里面做調(diào)節(jié)劑的作用。
儲相對比較靈活，而且儲能的種類比較多，因此它可以做一個比較好的協(xié)調(diào)。
這是容量配置的問題，要做配置，要考慮到可靠性和經(jīng)濟性的問題，我們要考慮到一定要好，一定要能夠用，再從技術(shù)上考慮經(jīng)濟性的特點。當然經(jīng)濟投入越少，整個壓力可能會越大，穩(wěn)定性可能越差，這是有相關性的。
我們考慮到輸入功率、存儲能力、輸出功率，這三個對應起來是電解槽、儲氫罐和燃料電池的容量，就跟著做了一一對應的過程。電解槽主要考慮制氫的效率，電從哪里來的問題。第二個問題是燃料電池耗氫，是電給誰的問題。還有一個是一定要考慮安全的問題，儲氫，因為氫是液態(tài)、氣態(tài)的，所以要考慮安全的問題，我們做了安全系數(shù)的約束。這三個是我們的約束條件，大家如果有興趣可以看我們在《電工技術(shù)學報》上發(fā)的文章，剛剛錄用，近段時間可能會發(fā)表出來。
我們又做了整個這樣的對比，經(jīng)濟性要考慮到投資的問題，這里面有四張圖是春夏秋冬，春天藍顏色是風電的處理容量，可以把風電用來制氫，下面有綠顏色的線，綠色的是氫儲能的情況。我是利用風電對氫做制備，可以去產(chǎn)氫。到了夏天的時候，就把存的氫利用起來，也就是說春天的電到了夏天來用。這個時候氫是可以做的。
其中還有一個是光伏，因為光伏跟負荷是有相關性的，白天有、晚上沒有，但是到了夜晚的時候可能負荷比較小，但是風電又比較大，這個時候可以用夜電把風來做制氫的主力電源。這樣的情況可能有風電來制氫比較好的結(jié)論，當然風和太陽能如果能夠互補，情況會更好。但是一般來說還是要盡可能把光伏的電用掉，這是比較好的，當然如果再結(jié)合一些化學儲能也可以。
這也就是說我可以通過氫儲能實現(xiàn)跨季節(jié)利用，而且可以提升整個系統(tǒng)的可靠性。
我們后來又做了一個關于怎么制氫的情況，做氫是光伏來制氫，我剛才說的是風電制氫，但我們現(xiàn)在是研究光伏制氫。分三種情況，直接耦合、間接耦合、源儲雙陣列，直接耦合和間接耦合是中間加了個變換器，做了升壓。但是我們現(xiàn)在是做高壓串并聯(lián)，就可以直接驅(qū)動了。但是我要做最大功率的追蹤和電壓匹配，因為我的輸出功率直接和氫結(jié)合起來了。
我們又做了源儲雙陣列的直接耦合，因為我的陣列上是組串式的，電解槽可以把它做小一點，可以做成單元化，也可以做成組串式的。這個時候根據(jù)光伏的出力來做電解槽的自由組合，在這個情況下，就相當于把我的電纜，我們不用做穩(wěn)壓了，可以根據(jù)我輸出的大小來做制氫。我們有一個陣列的選擇，后面是一張圖，并聯(lián)和串聯(lián)的單位可以做自由組合。
“雙碳”目標下氫儲能系統(tǒng)碳排放潛力，這是我們還沒有做的點，但是是下一步的具體目標。3060目標，就是不要有碳排放。在這種情況下，氫是非常好的能源，因為它是水，沒有這個指標，因此制氫可以通過棄風棄光的能量來做，用氫儲能來做“電-氫-電”的轉(zhuǎn)換，還可以跟氣融合。因此氫可以在里面起比較好的作用，承擔零碳排放的任務。
這是通過碳排放配額來做交易，這跟電力市場是一個道理。傳統(tǒng)的方案是傳統(tǒng)的氫去配置，我們做了五個對應，有常規(guī)碳交易、階梯碳交易和需求響應，把它結(jié)合起來有五種。第五種方案可能碳排放量是最低的，但是它是最復雜的。還有不同的碳交易的基準價格和經(jīng)濟、低碳性是互相矛盾的，但是我們可以做一個方法優(yōu)化，這個目標是可以逐步解決的。
我今天的報告主要到這里，謝謝大家！
